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原文请参考Jie Hu et al., 2017. Probiotic Pseudomonas communities enhance plant growth and nutrientassimilation via diversity-mediated ecosystem functioning. Soil biology and biochemistry（LorMe最新论文）. 2050年，世界人口将达到90亿，粮食产量必须提高70-100%以保障全球人口的粮食供应。我们将要如何实现这一粮食增产目标？开垦更多的自然土地作为农业用地明显并不是一个可行的解决办法，增加现有农业用地的单位粮食产量似乎是可供选择的解决方法之一。但是，目前集约化农业生产系统向土壤中施用了大量的化学农药和肥料，造成了水体富营养化、土壤酸化和板结、土壤微生物多样性下降等环境问题。这让我们不得不思考如何在保证粮食产量的同时又不危害环境的问题？ 地球上大多数植物的生长都需要阳光、水、合适的温度和肥沃的土壤，其中土壤是最关键的一环，土壤微生物是土壤功能的行使者。微生物能够通过增加土壤养分活性、促进植物根系生长等来帮助植株更好的生长。向土壤中施用有益微生物能够保证土壤生物多样性，同时促进植株的生长。前人研究施用一种有益微生物不能在田间发挥很好的作用，收到生物多样性与生态系统功能之间关系的启发，我们选用多种有益微生物组合构建不同多样性的微生物菌群，并通过室内试验测定其促进植物生长参数和在自然土壤条件下测定其对植株表现的影响我们向自然土壤系统中接种含有1-8中有益微生物的微生物菌群，并测定微生物的在根际的存活能力和对植株表现的影响，并在室内试验中测定各微生物群落的促生特性（图2）。 图2 试验设计概述，向自然土壤系统中接种含有1-8中有益微生物的微生物菌群，并测定微生物的在根际的存活能力和对植株表现的影响，并在室内试验中测定各微生物群落的促生特性。 室内试验中，我们测定了不同有益微生物群落生产生长素、赤霉素、铁载体和溶解磷的能力。结果表明，如图3所示有益微生物群落生产生长素、赤霉素、铁载体和溶解磷的能力与微生物群落的多样性呈显著正相关关系。 图3 有益微生物多样性对群落室内促生特性的影响。 为进一步了解有益微生物群落对促进植株生长的影响，我们开展了温室试验。结果表明，多样化高的微生物群落能够更好的在根际定殖和存活，如图4所示，并且能够促进植株更好的生长。如图5中左图所示，与对照相比接种有益微生物能够促进植株的生长，并且对植株的生长促进作用随着接种微生物群落多样性的增加而增强。我们进一步测定了植株组织中各养分元素的含量，并将其与接种有益微生物多样性建立联系，结果发现氮素在植株组织中的积累与多样性没有显著相关性，但是植株组织中磷、钾和铁元素的含量与多样性有着显著的正相关关系（图6）。 图4 接种有益微生物群落在根际定殖和存活情况。 图5 不施用有益微生物和施用有益微生物番茄植株生长情况对比（左），有益微生物多样性对植株生长的影响（右）。 图6 有益微生物多样性对植株组织中各养分元素含量的影响。 为了将室内试验结果和自然土壤条件下的试验结果建立联系，以期用简单的室内试验结果选择合适的微生物组合构建在自然土壤条件下能够稳定发挥动能的高效微生物菌群，我们选用一般线性模型建立模型。结果表明，植株地上部干重与有益微生物菌群室内试验中生长素产量和赤霉素产量呈显著正相关关系，植株组织中磷元素和铁元素的积累量与有益微生物菌群室内试验中的溶磷能力和铁载体产量呈显著正相关关系（图7）。 图6 室内试验结果与自然条件下试验结果的相关关系。 综上所述，我们的试验结果表明多样化的有益微生物菌群对植物的生长具有积极影响。但是，我们只是在相对较简单的室内试验中测定了有益微生物菌群的促生特性，这些结果是否能够很好的反应有益微生物在根际的基因表达和功能发挥情况尚不清楚。因此，在未来的研究当中我们需要攻克如何在根际定量检测有益微生物表达促生特性的难题。 另一点值得注意的是，即使我们在土著微生物存在的自然土壤条件下开展了试验，但是我们的结果并不能表明有益微生物接种对整个根际微生物群落的影响。有可能接种的有益微生物与土著微生物相互作用对植物的生长具有协同促进作用。为进一步研究这个问题，下一代高通量测序技术将被应用来揭示土著微生物群落的多样性和组成如何响应有益微生物接种。 参考文献 1.How microbes can help feed the world,August 2013 2.Probiotic Pseudomonas communities enhance plant growth and nutrientassimilation via diversity-mediated ecosystem functioning, June 2017 -The End- 南京农业大学根际微生态实验室Lab of rhizosphere Micro-ecology 开展根际微生物生态和进化研究，致力于改善作物根际环境 立足本土需求，也努力面向和走向国际化 口号：竞争求发展，合作谋共赢 Competition & Cooperation 感谢您的关注和支持。 |
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